RU2467964C1 - Slag-lime binder for radiation-protective structural materials - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to compositions of slag-lime binding materials and can be used to produce structural materials used in ionising radiation conditions. The slag-lime binder for radiation-protective structural materials contains the following, wt %: ferroboron slag with specific surface area of 300-400 m²/kg 69.93-70.18, sodium hydroxide 1.75-2.10, 0.2% iron (III) hydroxide sol stabilised with gelatine in amount of 0.5% of its weight 27.97-28.07.

EFFECT: high efficiency of protection.

2 tbl

Description

Изобретение относится к составам шлакощелочных вяжущих и может быть использовано для изготовления строительных материалов, эксплуатирующихся в условиях воздействия ионизирующих излучений.The invention relates to compositions of slag-alkali binders and can be used for the manufacture of building materials that are operated under the influence of ionizing radiation.

Известно вяжущее (а.с. №419489, С04В 7/14, 7/28), включающее, мас.%:Known astringent (and.with. No. 419489, С04В 7/14, 7/28), including, wt.%:

Гранулированный шлак с удельной поверхностьюGranular slag with specific surface   350-400 м²/кг350-400 m ² / kg 81…9081 ... 90 Соединения щелочных металлов в пересчете на R₂OCompounds of alkali metals in terms of R ₂ O   (гидроксид натрия, гидроксид калия, метасиликат(sodium hydroxide, potassium hydroxide, metasilicate   натрия, а также отходы производства, содержащиеsodium, as well as industrial wastes containing   эти соединения)these compounds) 4…114 ... 11 Зола-унос с удельной поверхностью 350-400 м²/кгFly ash with a specific surface of 350-400 m ² / kg 6…186 ... 18

Недостатком указанного вяжущего является использование повышенного количества щелочного компонента, что в процессе эксплуатации изделия приводит к его выщелачиванию, ухудшению декоративных свойств изделий и снижению показателей эксплуатационных свойств.The disadvantage of this binder is the use of an increased amount of alkaline component, which during the operation of the product leads to its leaching, deterioration of the decorative properties of the products and lower performance indicators.

Известно также шлакощелочное вяжущее (а.с. №1615161, С04В 7/153), предназначенное для изготовления строительных бетонов и включающее, мас.%:It is also known slag-alkali binder (and.with. No. 1615161, С04В 7/153), intended for the manufacture of building concrete and including, wt.%:

Гранулированный доменный шлак с удельнойGranular blast furnace slag with specific   поверхностью 300-350 м²/кгsurface of 300-350 m ² / kg 71…8071 ... 80 Пыль производства ферросилиция с удельнойDust production ferrosilicon with specific   поверхностью 500-550 м²/кг и содержаниемa surface of 500-550 m ² / kg and content   аморфного кремнезема 65-75%amorphous silica 65-75% 15…2015 ... 20 Щелочной активизатор (раствор плава солейAlkaline activator (solution of molten salts   с плотностью 1,3-1,5 г/см³)with a density of 1.3-1.5 g / cm ³ ) 5…95 ... 9

Недостатком указанного вяжущего является использование в качестве щелочного активатора отходов химикофармацевтического производства с переменным химическим составом. Это влияет на качество бетонов, изготавливаемых с применением предлагаемого шлакощелочного вяжущего. Кроме того, технология изготовления указанного вяжущего предполагает проведение сушки шлака (до влажности не более 1%), что усложняет и повышает энергозатратность технологии, а также повышает стоимость продукции.The disadvantage of this binder is the use of a chemical-pharmaceutical production waste with a variable chemical composition as an alkaline activator. This affects the quality of concrete made using the proposed slag-alkali binder. In addition, the manufacturing technology of the specified binder involves drying the slag (to a moisture content of not more than 1%), which complicates and increases the energy consumption of the technology, and also increases the cost of production.

Близким по техническому решению является вяжущее для изготовления растворов и бетонов (а.с. №1379265 С04В 7/14), включающее, мас.%:Similar in technical solution is a binder for the manufacture of mortars and concrete (and.with. No. 1379265 С04В 7/14), including, wt.%:

Доменный граншлак с удельной поверхностьюSurface blast furnace slag   320 м²/кг320 m ² / kg 88,0…93,088.0 ... 93.0 Гидроксид натрияSodium hydroxide 6,3…11,646.3 ... 11.64 Феррат натрияSodium ferrate 0,21…1,20.21 ... 1.2

Недостатком указанного вяжущего является использование гранулированных шлаков, содержащих большое количество оксида кремния, который под действием ионизирующего излучения значительно изменяет кристаллическую структуру, что приводит к снижению физико-механических показателей вяжущих, бетонов и растворов [1].The disadvantage of this binder is the use of granular slag containing a large amount of silicon oxide, which under the influence of ionizing radiation significantly changes the crystal structure, which leads to a decrease in the physico-mechanical properties of binders, concrete and mortars [1].

Изобретение направлено на получение шлакощелочного вяжущего для радиационно-защитных строительных материалов.The invention is directed to the production of a slag-alkali binder for radiation-protective building materials.

Указанный технический эффект достигается тем, что для изготовления шлакощелочного вяжущего для радиационно-защитных строительных материалов используются шлак, гидроксид натрия и модификатор, при этом в качестве шлака используется ферроборовый шлак с удельной поверхностью 300-400 м²/кг, а в качестве модификатора - золь гидроксида железа (III), стабилизированный желатином, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The indicated technical effect is achieved by the fact that slag, sodium hydroxide and a modifier are used for the manufacture of a slag-alkali binder for radiation-protective building materials, while ferroboron slag with a specific surface of 300-400 m ² / kg is used as slag, and sol is used as a modifier iron (III) hydroxide stabilized by gelatin in the following ratio of components, wt.%:

Ферроборовый шлак с удельнойFerroboron slag with specific   поверхностью 300-400 м²/кгa surface of 300-400 m ² / kg 69,93…70,1869.93 ... 70.18 Гидроксид натрияSodium hydroxide 1,75…2,101.75 ... 2.10 Золь гидроксида железа (III),Sol of iron (III) hydroxide,   стабилизированный желатиномgelatin stabilized 27,97…28,0727.97 ... 28.07

Шлакощелочное вяжущее для радиационно-защитных строительных материалов содержит ферроборовый шлак, гидроксид натрия, золь гидроксида железа (III), стабилизированный желатином.Slag-alkali binder for radiation-protective building materials contains ferroboron slag, sodium hydroxide, iron (III) hydroxide sol stabilized with gelatin.

Ферроборовый шлак АО «Новолипецкий металлургический комбинат» имеет следующий химический состав, мас.%: Al₂O₃ - 71,6; СаО - 10,7; MgO - 2,6; В₂О₃ - 12,2; Fe₂O₃ - 2,6; SiO₂ - 0,3. Использование указанного шлака обеспечивает получение композита с высоким содержанием бора, который является эффективным поглотителем нейтронов; наличие алюминия, железа, кальция и магния обеспечивает поглощение гамма-излучения.Ferroboron slag of Novolipetsk Metallurgical Plant JSC has the following chemical composition, wt.%: Al ₂ O ₃ - 71.6; CaO - 10.7; MgO - 2.6; B ₂ O ₃ - 12.2; Fe ₂ O ₃ - 2.6; SiO ₂ - 0.3. The use of this slag provides a composite with a high content of boron, which is an effective neutron absorber; the presence of aluminum, iron, calcium and magnesium provides the absorption of gamma radiation.

В качестве щелочного активатора применяется гидроксид натрия, соответствующий ГОСТ 4328-77. В качестве модификатора, повышающего показатели эксплуатационных свойств шлакощелочного вяжущего, применяется стабилизированный желатином золь гидроксида железа (III). Для приготовления золя гидроксида железа (III) используется 6-ти водный хлорид железа (ГОСТ 4147-74). Концентрация золя гидроксида железа равна 0,2% (в пересчете на гидроксид железа), размер частиц золя железа - 5-6 нм. Для предотвращения разрушения золя гидроксида железа (III), происходящего при введении гидроксида натрия, применяется желатин (ГОСТ 11293-89) в количестве 0,5% от массы золя.Sodium hydroxide corresponding to GOST 4328-77 is used as an alkaline activator. As a modifier that increases the performance properties of a cinder-alkaline binder, a gelatin-stabilized iron (III) hydroxide sol is used. To prepare a sol of iron (III) hydroxide, 6 aqueous iron chloride is used (GOST 4147-74). The concentration of the sol of iron hydroxide is 0.2% (in terms of iron hydroxide), the particle size of the sol of iron is 5-6 nm. To prevent the destruction of the iron (III) hydroxide sol that occurs when sodium hydroxide is introduced, gelatin (GOST 11293-89) is used in an amount of 0.5% by weight of the sol.

Шлакощелочное вяжущее готовится следующим образом. Приготавливается 0,2% золь гидроксида железа (III). Для этого в кипящую водопроводную воду порционно добавляется раствор хлорида железа. Затем в охлажденный золь добавляется отдозированное количество желатина, в течение 40-60 мин выдерживается до набухания желатина. Далее золь, содержащий желатин, подвергается нагреву до кипения. Продолжительность кипения - 3-5 мин. В охлажденный стабилизированный желатином золь гидроксида железа (III) добавляется отдозированное количество гидроксида натрия. Полученный раствор добавляется в ферроборовый шлак, измельченный в шаровой мельнице до удельной поверхности 300-400 м²/кг. Смесь тщательно перемешивается. Далее в приготовленное шлакощелочное вяжущее можно добавлять наполнители и заполнители для получения строительных растворов или бетонов.Slag alkali binder is prepared as follows. A 0.2% sol of iron (III) hydroxide is prepared. To do this, a solution of iron chloride is added portionwise to boiling tap water. Then, a metered amount of gelatin is added to the cooled sol; it is kept for 40-60 minutes until the gelatin swells. Next, the sol containing gelatin is heated to boiling. The boiling time is 3-5 minutes. A metered amount of sodium hydroxide is added to the cooled gelatin stabilized iron (III) hydroxide sol. The resulting solution is added to ferroboron slag, crushed in a ball mill to a specific surface of 300-400 m ² / kg. The mixture is thoroughly mixed. Further, fillers and aggregates can be added to the prepared slag-alkali binder to obtain mortars or concrete.

Составы предлагаемого шлакощелочного вяжущего приведены в табл.1, а свойства затвердевшего шлакощелочного камня - в табл.2.The compositions of the proposed slag alkali binder are given in table 1, and the properties of the hardened slag alkaline stone are shown in table 2.

Таблица 1Table 1 Компоненты смесиMixture components Содержание компонентов, мас.%The content of components, wt.% СоставStructure ПрототипPrototype Предлагаемое вяжущееSuggested binder №1 [2]No. 1 [2] №2 [3]No. 2 [3] №3 [4]No. 3 [4] Состав №1Composition No. 1 Состав №2Composition No. 2 Гранулированный доменный шлакGranulated blast furnace slag 81-9081-90 71-8071-80 88-9388-93 -- -- Ферроборовый шлак с удельной поверхностью 300-400 м²/кгFerroboron slag with a specific surface of 300-400 m ² / kg -- -- -- 70,1870.18 69,9369.93 Гидроксид натрияSodium hydroxide -- -- 6,3-11,646.3-11.64 1,751.75 2,102.10 Щелочной активизатор (раствор плава солей)Alkaline activator (solution of molten salts) -- 5-95-9 -- -- -- Феррат натрияSodium ferrate -- -- 0,21-1,20.21-1.2 -- -- Соединения щелочных металлов в пересчете на R₂OCompounds of alkali metals in terms of R ₂ O 4-114-11 -- -- -- -- Зола-уносFly ash 6-186-18 -- -- -- -- Пыль производства ферросилицияFerrosilicon dust production -- 15-2015-20 -- -- -- Стабилизированный желатином золь железаGelatin Stabilized Iron Sol -- -- -- 28,0728.07 27,9727.97

Таблица 2table 2 СвойствоProperty ПрототипPrototype Предлагаемое вяжущееSuggested binder №1No. 1 №2Number 2 №3Number 3 Состав №1Composition No. 1 Состав №2Composition No. 2 Сроки схватывания, мин:Setting time, min:           - начало- Start 71-98071-980 -- -- 130130 120120 - конец- end 130-1430130-1430 -- -- 360360 340340 Диаметр расплыва, ммDiameter of spreading, mm -- -- -- 120120 115115 Средняя плотность, кг/м³ The average density, kg / m ³ -- -- -- 18701870 17801780 Предел прочности, МПа (естественное твердение):Strength, MPa (natural hardening):           - при сжатии- during compression 48,7-83,448.7-83.4 54,4-78,254.4-78.2 30,0-50,030.0-50.0 33,433,4 34,234.2 - при изгибе- when bending 6-8,96-8.9 9,3-16,49.3-16.4 -- 7,47.4 8,38.3 Предел прочности, МПа тепловлажностное твердение):Strength, MPa heat and moisture hardening):           - при сжатии- during compression 44-81,744-81.7 56,4-76,056.4-76.0 50,0-60,050.0-60.0 -- -- - при изгибе- when bending 5,5-8,95.5-8.9 9,5-15,99.5-15.9 -- -- -- Морозостойкость, циклFrost resistance cycle -- -- 200200 -- -- Воздухостойкость,
циклAir resistance
cycle -- -- Не менее 200Not less than 200 -- -- Модуль упругости, МПа, E·10⁴ The modulus of elasticity, MPa, E · 10 ⁴ -- -- 1,8-2,81.8-2.8 -- -- Ползучесть, МПаCreep, MPa -- -- 0,18-0,230.18-0.23 -- -- Нормальная густота, %Normal density,% -- -- 26,026.0 -- -- Коэффициент линейного ослабления гамма-излучения, 1/см, при энергии:The coefficient of linear attenuation of gamma radiation, 1 / cm, at energy:           - 0,5 МэВ- 0.5 MeV -- -- -- 0,160.16 0,1590.159 - 1,0 МэВ- 1.0 MeV -- -- -- 0,110.11 0,1160.116 - 3,0 МэВ- 3.0 MeV -- -- -- 0,0650,065 0,0660,066

Как видно из табл.2, предлагаемое вяжущее обладает высокими значениями коэффициента линейного ослабления γ-излучения и сопоставимой с прототипом прочностью.As can be seen from table 2, the proposed binder has high values of the coefficient of linear attenuation of γ-radiation and comparable strength with the prototype.

ЛитератураLiterature

1. Дубровский В.Б. Радиационная стойкость строительных материалов. - М.: Стройиздат, 1977. - 285 с.1. Dubrovsky VB Radiation resistance of building materials. - M .: Stroyizdat, 1977 .-- 285 p.

2. А.с. №419489, МКИ С04В 7/14, С04В 7/28 «Вяжущее».2. A.S. No. 419489, MKI С04В 7/14, С04В 7/28 “Astringent”.

3. А.с. №1615161, МКИ 7/153 «Шлакощелочное вяжущее».3. A.S. No. 1615161, MKI 7/153 “Slag-alkali binder”.

4. А.с. №1379265, МКИ С04В 7/14 «Вяжущее».4. A.S. No. 1379265, MKI С04В 7/14 “Astringent”.

Claims (1)

Шлакощелочное вяжущее для радиационно-защитных строительных материалов, включающее шлак, гидроксид натрия и модификатор, отличающееся тем, что оно содержит в качестве шлака ферроборовый шлак с удельной поверхностью 300-400 м²/кг, в качестве модификатора - 0,2%-ный золь гидроксида железа (III), стабилизированный желатином в количестве 0,5% от его массы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ферроборовый шлак с удельной   поверхностью 300-400 м²/кг 69,93-70,18 Гидроксид натрия 1,75-2,10 Золь гидроксида железа (III),   стабилизированный желатином 27,97-28,07 Slag-alkali binder for radiation-protective building materials, including slag, sodium hydroxide and a modifier, characterized in that it contains ferroboric slag with a specific surface of 300-400 m ² / kg as a slag, and a 0.2% sol as a modifier iron (III) hydroxide stabilized with gelatin in an amount of 0.5% by weight in the following ratio of components, wt.%:
Ferroboron slag with specific a surface of 300-400 m ² / kg 69.93-70.18 Sodium hydroxide 1.75-2.10 Sol of iron (III) hydroxide, gelatin stabilized 27.97-28.07